实验系统认识实验

1、实验 1 系统认识实验一、实验目的1. 了解Cortex-M3的GPIO使用及其相关的API函数；2. 掌握Cortex-M3读取GPIO引脚状态的方法。3. 掌握Cortex-M3的GPIO引脚输出控制的方法。二、实验原理、内容及步骤实验原理1 、 GPIO 开关量输入将 GPIO 连接数字开关量对应的管脚设置在输入状态；然后，写一个循环， 不停地去检测输入引脚的状态。2、GPIO 输出驱动继电器（或光电隔离器）将相关的 GPIO 设置成输出状态，并且要注意配置输出的驱动电流大小；然 后，写一个循环， 依次输出变化的高低电平， 从而控制继电器及光电隔离器的关 断与打开。实验内容 ：1. 编程

2、实现读取 GPIO 引脚上对应的开关量状态，改变开关量，观察能否 成功读回；2. 编程实现 Cortex-M3 的 GPIO 引脚驱动继电器及光电隔离器，观察继电 器的动作以及发光管的亮灭变化；实验步骤：1）在 PC 机上打开 IAR 环境，并打开“源程序”文件夹 GPIO_INandOUT 的工程文件GPIO_ln_Out.ewp,并按图1.1至图1.8完成环境设置，并完善程序， 然后编译程序，并生成可执行文件 GPIO_In_Out.elf。2）打开PC机上的Proteus环境，并打开“仿真电路”文件夹中的设计文件“实验1.DSN”。双击MCU图标，按图1.9所示，指定程序文件GPIOn_

3、Out.ewp 后，开始仿真。然后拨动开关， 观察输入高低电平时继电器、 光耦以及其他 GPIO 的状态变化。File EdiOptions。因为在Proteus中，提供的Luminary Cortex-M3芯片型号有限，结合实验要实现的功能，此处选择LM3S317CaLEytiyI GFrierl CpHngAssembler Gjstoni Euid BjiUi ActionrsLnkerDebuigeSimulatorqnyl艰 ROM-rroratoi J-LinJ-Traze UMIFTDI MacrdgorRD1Third-Prly DrtwerFact口p SewingsLaji

4、fu.y: DptLirTii e:all qexs Duljiiit ListPrcproct = 4 f FjftprCMSCl, sutput to厂 PrcBtrvc cnhz|ijtner s.t f Jfl i nt iir tc t:viOK | CarKe)图1.3图1.4Option? for nod WDTTiaer*X|Late RM：GghgudI Cptkmf G匚寺+匚cmpil&r gpmhbrCusBJin 3uiHBuid ActionsFaGlor SctinsrSMhut 叠忠;鱼忠5|利旳H I Dig皓tici| List Ctnfjj-LLLJI#

5、G电血自rkt叠 啟匕宜 51*口111. j丄电LrJijerdDumerShuiaUirA-idTAR IRCrncnitcrJ-Lnk/J-7raceLMJ1FTDIMaoraigorRD：Thlrd-Rarty EiiwerOutput tileOerra de dstsaltOutpqjt forntl*PotlTlt YWHiTitFort*Eorra atOKCi 心图1.5图1.6图1.70p+ icm3 for node fill ITiMcrhnialuptian& t/C+4 Ccrnplhr A5M-iTibfer Cuaten* Cdld Euilb Actions

6、lintorS*nr DomLoU Extra Opticu | FlgBjivar7 饷 taSiftuliLjr匸IniiiiiSlnilarAmigrlIAFi ROf4-Tcr il:ai J-LrWJ-TraELM1 FFDI MAEFugor RMIhird-Ffli+r DiirirIF ME-亠 口F-F.Overri.de 匪取It|fr.l II 1 .1：II-.- 1. In s冷Cancei三、实验仪器设备及实验注意事项1. 实验设备：计算机。2. 实验前必须做好预习，并做出必要的计算和记录用的表格；3. 实验开始前先检查仪器设备是否完好；4. 实验中如发现异常(如冒

7、烟、异味、冒火等非正常现象)，应立即切断电 源，并报告指导教师，仔细查找原因，问题解决后，方可继续进行实验；5. 实验完毕应先关掉电源，将所用仪器设备恢复原貌，并清理卫生后方可 离开。四、实验程序与仿真结果#i ncludehw_types.h#in eludehw_memmap.h#in eludehw_gpio.h#i nclude systemI nit.h#i ncludesysctl.h#defi ne DATA_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOB/ 定义PB 口#defi neDATA_PORT_BASEGPIO_PORTB_BASE#defi neDATA_PO

8、RT_PIN(GPIO_PIN_O|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5| GPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7)#defi neDATA_PORT_BASE_PINDATA_PORT_BASE,DATA_PORT_PIN#defi neDATA_PORTGPIOPi nRead(DATA_PORT_BASE_PIN)#define OUT_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOD/定义 PD 口#defineOUT_PORT_BASEGPIO_PORTD_BASE#defineOUT_PORT_PING

9、PIO_PIN_0|GPIO_PIN_1|GPIO_PIN_2|GPIO_PIN_3|GPIO_PIN_4|GPIO_PIN_5#defineOUT_PORT_BASE_PINOUT_PORT_BASE,OUT_PORT_PIN#defineOUT2_PERIPHSYSCTL_PERIPH_GPIOC/定义 PC 口#defineOUT2_PORT_BASEGPIO_PORTC_BASE#defineOUT2_PORT_PINGPIO_PIN_6|GPIO_PIN_7#defineOUT2_PORT_BASE_PINOUT2_PORT_BASE,OUT2_PORT_PINvoid delay(

10、unsigned int num)unsigned int a;a=num;for(;a0;a-);int main(void)static char value;/jtagWait(); / 防止 JTAG 失效clockInit(); SysCtlPeripheralEnable(DATA_PERIPH);/ 使能相应的 GPIO GPIOPinTypeGPIOInput(DATA_PORT_BASE_PIN);/ 设置相应的数据管脚为输入 SysCtlPeripheralEnable(OUT_PERIPH);/ 使能相应的 GPIO GPIOPinTypeGPIOOutput(OUT_P

11、ORT_BASE_PIN);/ 设置相应的数据管脚为输入GPIOPadConfigSet(OUT_PORT_BASE, OUT_PORT_PIN, GPIO_STRENGTH_8MA, GPIO_PIN_TYPE_STD_WPU);SysCtlPeripheralEnable(OUT2_PERIPH);/ 使能相应的 GPIO GPIOPinTypeGPIOOutput(OUT2_PORT_BASE_PIN);/ 设置相应的数据管脚为输入 GPIOPadConfigSet(OUT2_PORT_BASE, OUT2_PORT_PIN, GPIO_STRENGTH_8MA,GPIO_PIN_TYP

12、E_STD_WPU);while(1)/ 无限循环value= DATA_PORT;/读数据口数值delay(IOOOOOO); / 设置断点，观察value值的变换 GPIOPi nWrite(OUT_PORT_BASE,OUT_PORT_PIN,value);GPIOPi nWrite(OUT2_PORT_BASE,OUT2_PORT_PIN,value);delay(1OOOOOO); SysCtlDelay(20 * (SysCtlClockGet( ) / 3000); / 设置断点，观察value值的变换如图1-10为实验仿真结果图：1nciHl1 uta a? miHD：1LBD

13、 丽D9CE OKI1U1I| -，TTASM RAUUHTJkIbOto ifryjhII n 177 址 Ai-3谍一.歳諸壘士+? 岸T 3J”呦襁 RWtfn FEJFNU： PIP 时 疇 lUfHJLTR.，n.mB. rrTiiviiii KTt-l 口 TKM FGMCCK 此5Ct翫 KWCra PCCCPlm图1-10实验仿真结果图思考题1. GPIO的推挽输出和开漏输出在应用上有何区别？答：推挽输出：可以输出高、低电平，连接数字器件开漏输出：输出端相当于三极管的集电极，要得到高电平状态需要上拉电阻 才行，适合于做电流型的驱动，其吸收电流的能力相对强（一般20mA以内）。开

14、漏电路：就是指以MOSFE的漏极为输出的电路。一般的用法是会在漏极 外部的电路添加上拉电阻。完整的开漏电路应该由开漏器件和开漏上来电阻组成2. 如何解决开漏模式下上拉电压不足的问题？答：提高上拉电压或减小上拉电阻。3. 施密特触发输入有何作用？答：波形变化：可将三角波、正弦波、周期性波等变成矩形波。实验 2 定时器实验一、实验目的1. 了解 Cortex-M3 的定时/计数器使用及其相关的 API 函数；2. 掌握 Cortex-M3 的定时 /计数器使用方法与关键步骤；3. 了解 Cortex-M3 的看门狗定时器使用及其相关的 API 函数；4. 掌握 Cortex-M3 的看门狗定时器使

15、用方法与关键步骤。二、实验原理、内容及步骤实验原理1）计数器实验首先，将相应的定时 /计数器配置好（使能，计数初值的装载等） ；然后，注 册相应的中断，编写中断服务程序；最后，使能中断，进入一个死循环中，当计 数满 5 次后，计数器溢出，触发标志位，产生中断，进入到中断服务程序中执行。2）秒时钟发生器实验首先，将相应的定时 /计数器配置好（使能，定时初值的装载等） ；然后，注 册相应的中断，编写中断服务程序；最后，使能中断，进入一个死循环中，当定 时时间到后，产生中断，进入到中断服务程序中执行。3）看门狗定时器实验 首先，使能看门狗定时器的定时功能，装载初值；然后，注册相应的中断， 编写中断服

16、务程序；最后，使能中断，进入一个死循环中，当时间到后，产生中 断，进入到中断服务程序中执行，即翻转一个 GPIO 引脚电平，产生方波输出。 实验内容1）计数器实验编程实现利用 Cortex-M3 的定时 /计数器引脚对外部脉冲进行计数， 每计数满5 个后产生计数中断。2）秒时钟发生器实验编程实现利用 Cortex-M3 的定时 /计数器的精确定时功能，产生一个频率为 1Hz 的时钟输出。3）看门狗定时器实验编程实现利用 Cortex-M3 的看门狗定时器功能，产生一个方波输出。 实验步骤1）计数器实验（1）在 PC 机上打开 IAR 环境，并打开实验程序文件夹 COUNTER 下的工程文件CO

17、UNTER.ewp，参照图3.1至图3.8完成工程环境设置，并生成可执行 文件 COUNTER.elf。(2) 打开PC机上的Proteus环境，按图3.10绘制原理图，并命名为“实验 2(Timer)COUNTER.DSN ”。双击 MCU图标，按图 3.9所示，指定程序文件 COUNTER. ewp后，开始仿真。按下5次按键后观察LED灯的变化情况，再次 按下5下后，观察LED灯的变化。LI粘 lojcnx F站漓Ojh.眄M4IF祥”网押F-fcrfVMMt伍FfSiTIAr楼轴filW兀lg卑卄iCl 吃Ann 此葡3,眦I 氏匹CR5 叱尿的PCfiflXPs -T：DDlt* 丹f

18、cPD：PC*PtorWM- pe imeX? 1-XY-S*1宰 IAmJiTSLDQA|l 磁口 WGiU2；e图3.10计数器实验原理图2) 秒时钟发生器实验(1) 在PC机上打开IAR环境，并打开实验程序文件夹 Timer_Second下的 工程文件Timer_Second.ewp参照图3.1至图3.8完成工程环境设置，并生成可 执行文件Timer_Second.e临(2) 打开PC机上的Proteus环境，按图3.11绘制原理图，并命名为“实验 2(Timer)Timer_WDG.DSN ”。双击 MCU图标，按图 3.9所示，指定程序文件 Timer Second.ewp后，开始仿

19、真。观察 LED灯的变化；HWFWMDFOlJPiWiPA2SSICLKPCHPD3iPA4SSIIRXPD4JCCPCPA&S8ITKPBWWNWPE讷情壯P03AUIT旧gDft*DC1POflCDt PQ7HRSTiiDC2 鼻ID 口PCDiTCiM6Wrt：LMADMPC1 mVDlC*DCJPC5/TOIPC：CMLDORSTPCWCP3OSWPC7JCCM06CfuiBSiT?76护亠i:-i=krEtzitf:LED 11LETkYELLLEO爲逗位描示）-EOYELLDW1 h -1Y0;a-); int main(void) static char value;/jtagW

20、ait(); / 防止 JTAG 失效clockInit(); timerInitCapCount();SysCtlPeripheralEnable(LED_PERIPH);/ 使能相应的 GPIO GPIOPinTypeGPIOOutput(LED_PORT_BASE_PIN);/ 设置相应的数据管脚为输出 GPIOPadConfigSet(LED_PORT_BASE, LED, GPIO_STRENGTH_8MA, GPIO_PIN_TYPE_STD_WPU);while(1) / 无 限循环/ 读数据口数值(2) 秒时钟发生器实验#include hw_types.h#include h

21、w_memmap.h#include hw_gpio.h#include systemInit.h#include sysctl.h#include hw_ints.h#include gpio.h#include systick.h#include timer.h#include interrupt.h#define LED_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOD 定义 PC口#define LED_PORT_BASE GPIO_PORTD_BASE#define LEDGPIO_PIN_0#define LED_PORT_BASE_PIN LED_PORT_BASE_LED

22、void Timer0A_ISR(void)/ 计数器中断TimerIntClear( TIMER0_BASE, TIMER_CAPA_MATCH );/ 清除定时器 0 中断GPIOPi nWrite(LED_PORT_BASE,LED,GPIOPi nRead(LED_PORT_BASE,LEDFLED ); / 翻转 LED 端TimerEnable(TIMER0_BASE, TIMER_A); / 使能定时器 0int main(void)clockInit();SysCtlPeripheralEnable( SYSCTL_PERIPH_TIMER0 ); TimerConfigure

23、(TIMER0_BASE,TIMER_CFG_32_BIT_PER);/ 设置定时器 0 为周期触发模TimerLoadSet(TIMER0_BASE, TIMER_A, SysCtlClockGet(); TimerIntEnable(TIMER0_BASE,TIMER_TIMA_TIMEOUT);/ 设置定时器为溢出中断TimerEnable(TIMER0_BASE, TIMER_A);/ 使能定时器 0 IntEnable(INT_TIMER0A);/ 使能定时器 0 外设 IntMasterEnable();SysCtlPeripheralEnable(LED_PERIPH);/ 使

24、能 相 应 的 GPIO GPIOPinTypeGPIOOutput(LED_PORT_BASE_PIN);GPIOPadConfigSet(LED_PORT_BASE,LED,GPIO_STRENGTH_8MA, GPIO_PIN_TYPE_STD_WPU );while(1); / 无限循环(3) 看门狗定时器实验#include systemInit.h#include watchdog.h/* 定义 LED*/#define LED_PERIPH SYSCTL_PERIPH_GPIOD#define LED_PORT GPIO_PORTD_BASE#define LED_PIN GPI

25、O_PIN_0#define LED_PIN1 GPIO_PIN_1/*LED 初始化 */ void ledInit(void) SysCtIPeripheralEnable(LED_PERIPH);使能 LED所在的 GPIO端口GPIOPinTypeGPIOOutput(LED_PORT, LED_PIN|LED_PIN1); 设置 LED所在 管脚为输出GPIOPinWrite(LED_PORT, LED_PIN, 0xFF);/ 熄灭 LED/* 看门狗初始化 */void wdogInit(void) unsigned long ulValue = 350*(TheSysClock

26、/1000);/ 准备定时 350msSysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_WDOG);/ 使能看门狗模块WatchdogResetE nable(WATCHDOG_BASE);使能看门狗复位功能 WatchdogStallE nable(WATCHDOG_BASE);使能调试器暂停看门狗计数 WatchdogReloadSet(WATCHDOG_BASE, ulValue);/ 设置看门狗装载值 WatchdogI ntEn able(WATCHDOG_BASE);/使 能看门狗中断 IntEnable(INT_WATCHDOG);/ 使能看门狗模块中断

27、IntMasterEnable();/ 使能处理器中断WatchdogE nable(WATCHDOG_BASE);使能看门狗WatchdogLock(WATCHDOG_BASE)锁 定看门狗void delay(unsigned int num) unsigned int a;a=num;for(;a0;a-);void WatchdogFeed(void) / 喂狗程序WatchdogUnlock(WATCHDOG_BASE);/ 解锁 WatchdogIntClear(WATCHDOG_BASE);/ 清除中断状态， WatchdogLock(WATCHDOG_BASE);/ 锁定GPI

28、OPinWrite(LED_PORT,LED_PIN,0x00);/LED_PIN 引脚输出 0(点亮 LED)delay(10000);/ 延时 GPIOPinWrite(LED_PORT,LED_PIN,0xFF);/LED_PIN 引脚输出 1(熄灭 LED)int main(void) clockInit();/时钟初始化：晶振， 6MHzledInit(); /LED初始化GPIOPinWrite(LED_PORT, LED_PIN1, 0x00);/熄灭 LEDdelay(100000);GPIOPinWrite(LED_PORT, LED_PIN1, 0xFF);/熄灭 LEDd

29、elay(100000);wdogInit();/ 看门狗初始化for (;) WatchdogFeed();delay(IOOOOO);/喂狗间隔可保证不会出现复位仿真结果(1)计数器实验如图2-1为实验运行时LED灯亮的仿真结果图ziijun p rr-puraa l.jQWar. 他pnvAuirFBkCD- prn. i hi忙Ft ! II rrf I I FLlLDCFiJmCCpiFtt-KXPS2SCCFC7KCP4O5CLM?SJll7丄 1豎 4rEf-FE4工nriruHtnjljpJLR6图3.1 PWM实验原理图四、实验主程序以及仿真结果 递减计数模式，生成占空比为/

30、*过程：上电全速运行程序，用示波器观察*/50%的左对齐PWM波。PWM0或PWM1插孔的波形。#in eludehw_types.h#in eludehw_memmap.h#in eludehw_i nts.h#in eludehw_gpio.h#in eludehw_pwm.h#in elude#in eludesystiek.h#in eludedebug.h#in eludegpio.h#in eludepwm.h#in eludesystem ini t.h防止JTAG失效int main(v oid) 你 agWait();/eloekI nit();SysCtlPWMCIockS

31、et(SYSCTL_PWMDIV_1);/ PWM时钟源1分频SysCtIPeripheralE nable(SYSCTL_PERIPH_GPIOD);/使能PD 口外设SysCtlPeripheralE nable(SYSCTL_PERIPH_PWM);/ 使能PWM外设GPIOPi nTypePWM(GPIO_PORTD_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1);/ 设置 PD0,PD1 为 PWM0 和 PWM1PWMGenConfigure(PWM_BASE, PWM_GEN_0,/ 设置 PWM 发生器 0为上下计数方式，两路 PWM 不同步PWM_GEN_MOD

32、E_DOWN | PWM_GEN_MODE_NO_SYNC);PWMGenPeriodSet(PWM_BASE,PWM_GEN_0,60000);/ 设置两路 PWM 的共同周期PWMPulseWidthSet(PWM_BASE,PWM_OUT_0,30000);/ 修 改 设 置/ 分别设置两路 PWM 的匹配值PWMPulseWidthSet(PWM_BASE, PWM_OUT_1, 30000);占空比PWMOutputState(PWM_BASE, PWM_OUT_0_BIT | PWM_OUT_1_BIT, true); / 使能 PWM0 和 PWM1PWMGenEnable(PW

33、M_BASE, PWM_GEN_0);/ 使能 PWM 发生器 0while(1);(2) 生成带死区延迟的 PWM 波。/*过程： 上电全速运行程序，用示波器观察 PWM0 或 PWM1 插孔的波形。*/#include hw_types.h#include hw_memmap.h#include hw_ints.h#include hw_gpio.h#include hw_pwm.h#include #include systick.h#include debug.h#include gpio.h#include pwm.h#include systeminit.hint main(voi

34、d)/jtagWait(); / 防 止 JTAG 失效clockInit(); SysCtlPWMClockSet(SYSCTL_PWMDIV_1);/ PWM 时钟源 1 分频SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_GPIOD); / 使能 PD 口外设SysCtlPeripheralEnable(SYSCTL_PERIPH_PWM);/ 使能 PWM 外设 GPIOPinTypePWM(GPIO_PORTD_BASE, GPIO_PIN_0 | GPIO_PIN_1);/ 设置 PD0,PD1 为 PWM0 和 PWM1PWMGe nCon figure

35、(PWM_BASE, PWM_GEN_0,/设置PWM发生器0为上下计数方式，两路 PWM不同步PWM_GEN_MODE_DOWN | PWM_GEN_MODE_NO_SYNC);PWMGe nPeriodSet(PWM_BASE,PWM_GEN_0,60000);/ 设置两路PWM的共同周期PWMPulseWidthSet(PWM_BASE,PWM_OUT_0,30000);/ 分别设置两路PWM的匹配值PWMPulseWidthSet(PWM_BASE, PWM_OUT_1,30000);/修改设置占空比VoidPWMDeadBa ndE nable(PWM_BASE,u nsig ned

36、 ,PWM_GEN_0,70,70) / 使能 PWM死区输出，设置死区延时PWMOutputState(PWM_BASE, PWM_OUT_0_BIT | PWM_OUT_1_BIT, true);/ 使能 PWM0 和 PWM1PWMGe nEn able(PWM_BASE,PWM_GEN_0);/ 使能PWM发生器0while(1);仿真结果(1)如图3.2为递减计数模式，生成占空比为 50%的左对齐PWM波仿真结果 图Cli.-tflftFlff一 I二 T JKhdrmel H匚 haiuwl BCigiUl图3.2生成占空比为50%的左对齐PWM波(2)如图3.3为生成带死区延迟的

37、 PWM波I in-rir 【思考题图3.3带死区延迟的PWM波1. PWM发生器模块包括哪些部件，每个部件的作用是什么？答：1） PWMe时器：用于计数（递减计数或先递增后递减计数）；2）PWM匕较器：每个PWN发生器含两个比较器，用于监控计数器的 值。当比较器的值与计数器的值相等时，比较器会输出一个宽度为单个时 钟周期的高电平脉冲；3）PWMI号发生器：作为高低电平驱动信号；4）死区发生器：产生时间延迟；5）中断/ADC触发选择器：产生中断或 ADC触发信号。2. PWM控制器模块的作用是什么？答：PWM控制器模块决定了 pwMw号的极性，以及将哪个信号传递到引 脚。3. Stellari

38、s系列ARM的PWM模块可用于哪些场合？答：Stellaris 系列ARM勺PW模块通常使用在开关电源实验 4 16*16 LED 点阵显示汉字实验一、实验目的1学习 Cortex-M3 的 GPIO 使用及其相关的 API 函数；2掌握 16*16 LED 点阵显示汉字的原理及其控制方法。二、实验原理、内容及步骤实验原理配置Cortex-M3的GPIO端口，用GPIO端口控制74LS138译码产生16位 行选通信号，控制74HC595 （串转并的方式）传送16位的显示数据。实验内容用Cortex-M3的GPIO控制74LS138和74HC595,即控制行、列扫信号，来 驱动 16X16 LE

39、D 点阵显示多个不同的汉字。实验步骤（1）在PC机上打开IAR环境，打开实验程序文件夹LED（信控学院），按照“IAR使用指南.pdf”中的说明，创建新的工程，将 LED（信控学院）文件夹下源程序文件 main.c、 startup.c、 systemInit.c、 systemInit.h 以及库文件 driverlib.r79 加 入工程，参照图 3.1 至图 3.8完成工程环境设置，并生成可执行文件。（2）打开PC机上的Proteus环境，按图4.1绘制原理图，“实验4（LED）（信 控学院）.DSN”。双击MCU图标，按图3.9所示，指定程序文件后，开始仿真。 观察 LED 显示的字符。（3）用字模工具PCtoLCD2002,按照图4.2的格式生成自己的姓名，并修 改程序，进行显示。三、实验仪器设备及注意事项1. 实验设备：计算机；2. 实验前必须做好预习，并做出必要的计算和